Идея «первичных черных дыр» способна кардинально изменить представления в области космологии и астрофизики

Смелое исследование предполагает, что гипотетический взрыв «изначальной» черной дыры может объяснить необычайно мощный поток нейтрино 2023 года и пролить новый свет на природу темной материи и эволюцию Вселенной.Хрестоматийное художественное изображение «первичных черных дыр». Однако следует отметить, что в момент их появления и в течение последующих миллионов лет во Вселенной не существовало звезд и света в современном понимании. Мир представлял собой сверхплотную и сверхгорячую массу, в которой время от времени встречались более плотные и горячие первичные черные дыры.Источник: https://phys.org/

В новаторском исследовании, представленном в журнале Physical Review Letters, группа физиков из Университета Массачусетса в Эмхерсте выдвинула интересную гипотезу. По мнению авторов, вспышки так называемых первичных черных дыр (англ. primordial black holes, буквально «черные дыры первого порядка») могли стать причиной наблюдаемого в 2023 году излучения нейтрино с рекордной энергией — события, которое классическая астрофизика пока объяснить не в состоянии.

Авторы предполагают, что «легкие» черные дыры звездной, планетарной и даже астероидной массы, возникшие вскоре после Большого взрыва, могут активно «испаряться» благодаря излучению Хокинга и на финальной стадии своей эволюции взрываться, выбрасывая потоки частиц, сопоставимые по мощности с гамма-всплесками. Эта гипотеза не только объясняет ранее считавшееся «невозможным» высокоэнергетическое нейтринное излучение, но и открывает новые горизонты для изучения фундаментальной природы барионной и темной материи.

Концепция «изначальных» черных дыр и их сигналы

Традиционно (пускай почти невидимые) черные дыры формируются в результате коллапса массивных эволюционировавших звезд — либо через взрыв сверхновой, либо напрямую. Однако первичные черные дыры (ПЧД) могли возникнуть в ранней Вселенной из плотных флуктуаций кипящего космического «бульона» вскоре после Большого взрыва, минуя стадию звезды. В дальнейшем, по мере структурирования Вселенной, такой способ формирования стал невозможен.

В отличие от массивных астрофизических черных дыр, ПЧД могли обладать значительно меньшей массой. Именно такие легкие объекты быстрее «нагреваются» в соответствии с теорией Хокинга и испускают все больше частиц по мере уменьшения массы и разогрева. В конечном итоге это приводит к их коллапсу.

Команда физиков предложила понятие «квази-экстремальных первичных черных дыр» с особым «темным зарядом» (quasi-extremal PBHs with a dark charge) — аналогом электрического, но влияющим на гипотетические тяжелые частицы (например, «темный электрон»). Эта модель позволяет согласовать данные нескольких нейтринных детекторов и объяснить, почему высокоэнергетичные нейтрино были зарегистрированы лишь в одном эксперименте. Срок жизни первичных черных дыр ограничен, новые не появляются — их осталось в космосе немного, и коллапсы ПЧД — явление нечастое. Кроме того, объект должен находиться относительно недалеко от Земли, чтобы нейтринный поток был достаточно плотным.

Новые горизонты в физике и космологии

Если предложенная модель найдет подтверждение, это станет значительным прорывом. Во-первых, наблюдение «взрывов» таких древних черных дыр станет прямым доказательством эффекта Хокинга, предсказанного еще в 1970-х годах. Во-вторых, это может открыть путь к обнаружению ранее неизвестных элементарных частиц, в том числе тех, которые могли бы составлять темную материю — одну из главных загадок современной физики.